Sistemas de tratamento de efluentes rurais

Saneamento na Área Rural

Principais indicadores físicos, químicos da
qualidade da água e métodos de avaliação

Dra Tania Leme de Almeida
Profa Assistente do Curso Superior em
Meo Ambiente e Recursos Hídricos
Faculdade de Tecnologia de Jahú
Fatec - CEETESP

* Escassez do recurso “Água”

61 % do volume de água no
Brasil destinado à
agricultura

* Déficit rede coletora de
esgoto e seu tratamento

Apenas SP, RJ e ES possuem
mais da metade dos
municípios com tratamento
de esgoto (IBGE, 2008)

40% da população mundial, não tem
esgoto coletado e tratado

Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento:
- Mais de 1,5 milhão de crianças morrem ao ano

DISPOSIÇÃO INADEQUADA DE EFLUENTES E RESÍDUOS SÓLIDOS
Descarte in natura
- Comprometimento do ecossistema

- Doenças
- “Estética” e mau cheiro

PROBLEMAS...
Impacto indireto para o homem...
...direto para o ambiente
Contaminação de solo e lençóis
Eutrofização de rios

ALTERNATIVAS...

-Chorumeiras

-Esterqueiras
-Composteiras
-Biodigestores e Fossas
sépticas biodigestoras

-Lagoas de estabilização

LEGISLAÇÃO AMBIENTAL

Portaria MS n.° 2914/2011
Estabelece os procedimentos e responsabilidades
relativos ao controle e vigilância da qualidade da
água para consumo humano e seu padrão de
potabilidade

- Responsabilidade do Estado-municípios
- Fiscalização de sistemas e soluções alternativas de
abastecimento
- Não se aplica à água mineral , à água natural e às
águas adicionadas de sais, destinadas ao consumo
humano após o envasamento, e a outras águas
utilizadas como matéria-prima para elaboração de
produtos
- Plano de amostragem (população, tipo de
captação)
- Acompanhamento: Anexos da Portaria

LEGISLAÇÃO AMBIENTAL

Qualidade da água
• Resolução CONAMA n° 357 de 2005
• Resolução CONAMA n° 430 de 2011
Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e
diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem

como estabelece as condições e padrões de lançamento
de efluentes, e dá outras providências.

Águas Doces

Classe Especial

Classe 1

Águas Salinas e Salobras
(até Classe 3)

Classe 2

Classe 3

Classe 4

- consumo
- consumo consumo humano, após tratamento convencional ou - navegação; e
- humano, com humano, após tratamento simplificado;
avançado;
- consumo humano, após tratamento convencional;
- proteção das comunidades aquáticas;
desinfecção/filtração; culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras;
- irrigação de
-harmonia paisagística
- proteção das recreação de contato primário,
comunidades aquáticas;
- preservação do amadora;
equilíbrio
- pesca -recreação de- contato primário,
irrigação
natural das comunidades de hortaliças (cruas) e de frutas que se
- recreação de contato secundário; e
- irrigação de desenvolvam rentes ao solo e de parques, jardins, campos de
hortaliças, plantas frutíferas
aquáticas; dessedentação de animais
-e
esporte e lazerproteção comcomunidades aquáticas em Terras
contato direto);
- (público
-ambientes aquáticos em das
-aqüicultura e à atividade de pesca.
Indígenas.
unidades de conservação
de proteção integral

estabelecem

Definição de
PADRÕES

Critérios
de QUALIDADE para corpos de água com
ou não LANÇAMENTO de efluente

Níveis permitidos
(dos parâmetros ou das
concentrações)

Principais indicadores de
qualidade
•
•
•
•

Sólidos
Indicadores de matéria orgânica
Nutrientes
Indicadores de contaminação fecal

CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA

• Físicas
• Químicas
• Microbiológicas

pH
Turbidez
 Oxigênio dissolvido
Cor aparente e cor real
 Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
Odor e sabor
 Demanda química de oxigênio (DQO)
Temperatura
 Carbono Orgânico Total (COT)
Série de sólidos
 Nitrogênio total
Contagem cianobactérias  Fósforo total

Coliformes termotolerantes Elementos tóxicos
 Compostos orgânicos sintéticos e
voláteis
 Óleos e graxas










TURBIDEZ
• Concentração de partículas em suspensão e coloidais
presentes na fase líquida
• Grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz
sofre ao atravessar um corpo d´água

Classe 2: Até 100 UNT
Unidade Nefelométrica de turbidez
Turbidímetro

COR VERDADEIRA
-Capacidade de uma amostra em transmitir luz visível em
um comprimento de onda sensível ao olho humano

Classe 2: Até 75 U.C.
Unidades de cor

Colorímetro

ODOR E SABOR
• Presença de compostos inorgânicos :originado a partir
do próprio manancial (Ferro, Sólidos Dissolvidos Totais,
sulfetos, etc...)
• Presença de compostos orgânicos
(fontes antropogênicas)
• Processo de tratamento (eventualmente): oxidantes
residuais

Legislação Conama 357/05:
Não objetável/virtualmente ausente

TEMPERATURA
Manutenção

da vida aquática
Controle de processos biológicos

Padrão

de emissão de efluentes em corpos receptores

Temperatura inferior a 40 0C

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TAMANHO

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TAMANHO

APARELHO DE FILTRAÇÃO ESTUFA DE SECAGEM

CLASSIFICAÇÃO PELAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

CLASSIFICAÇÃO PELA SEDIMENTABILIDADE
Valor expresso em mL/ L – Cone Imhoff

Cone Imhoff
(1 hora)

Distribuição típica no efluente doméstico bruto

SÉRIE DE SÓLIDOS

Lançamento:
Sólidos sedimentáveis até 1,0 mL/L
(teste de uma hora em cone “Imhoff”)

Potencial Hidrogeniônico (pH)
-“Acidez” ou “basicidade” de soluções
-Concentração de íons H3O+
-Escala de 0 a 14, logarítmica
-Eletrodo de pH
Parâmetro que também atua:
-Influência nas soluções e biomoléculas
-Idéia do comportamento do sistema
(aeróbio/anaeróbio)

Lançamento:
faixa de pH entre 5 e 9

OXIGÊNIO DISSOLVIDO
•Manutenção

•Operação

e proteção da vida aquática

de sistemas biológicos aeróbios

- Condição anaeróbia: taxas inferiores de OD (AUTODEPURAÇÃO DO CORPOS D’ÁGUA)
Corpos d’água Classe 2
OD ≥ 5,0 mg O2/L
Corpos d’água Classe 4
OD ≥ 2,0 mg O2/L

Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
* Quantidade de oxigênio requerida por microrganismos
aeróbios para a oxidação de compostos orgânicos presentes
na fase líquida (DBO520 )
Permite avaliar a quantitativa da concentração de material
orgânico presente na fase líquida


Permite

avaliar a eficiência de
sistemas de tratamento de esgotos
sanitários e efluentes industriais

Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO520)
- Medição do consumo de oxigênio em
laboratório
- Procedimento com 5 dias de duração
- Teste efetuado à temperatura de 20°C –
DBO520

Esgotos domésticos  350 mg/L

Demanda Química de Oxigênio (DQO)
- Quantidade de Oxigênio requerida para
estabilizar através de processos químicos,
a matéria orgânica, na presença de um forte
oxidante e, em um meio ácido.
- Podem ser utilizados várias substâncias
químicas como oxidantes.
- Teste pode superestimar o oxigênio
consumido, pois compostos inorgânicos
podem ser oxidados.

Nitrogênio e Fósforo
-Aporte de nutrientes:
•Problemas estéticos e recreacionais
•Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água
•Mortandade de peixes
•Captação comprometida
•Toxicidade de algas

EUTROFIZAÇÃO

Eutrofização natural x Eutrofização artificial

ELEMENTOS TÓXICOS

-Efeito cumulativo
-Cancerígenos
- Tóxicos

Saneamento na Área Rural

Sistemas de tratamento de efluentes

Dra Tania Leme de Almeida
Profa Assistente do Curso Superior em
Meo Ambiente e Recursos Hídricos
Faculdade de Tecnologia de Jahú
Fatec - CEETESP

TÓPICOS

1. Contextualização da geração de efluentes
2. Sistemas de tratamento de efluentes
3. Tratamento anaeróbio
4. Tratamento aeróbio
5. Tratamento anóxico
6. Características dos esgotos tratados pelos

diversos processos e composição de custos
de implantação e operacionais

+ 7 bilhões de pessoas

Com 267 nascimentos e 108 mortes a cada minuto
The New York Times

Por que tratar os efluentes?
*Contribuição per capita de carga orgânica
= 54 – 100g / habitante dia de DBO5 e DQO

Efluentes
no Brasil

*Consumo
per
capita
= 200 L / habitante dia

de

água

*Contribuição per capita de vazão efluentes
= 160 L / habitante dia

* Coeficiente de retorno Água/Esgoto = 0,8

Águas residuárias
Crescimento da população

Atividade agropecuária
Atividade industrial

Danos
ambientais

Águas residuárias

M A N E JO
ADEQUADO
Sistemas
de

tratamento
Promovam e assegurem b e n e f í c i o s na redução do
potencial poluente e na reutilização dessas águas

O lançamento de efluentes em corpos receptores deve atender aos padrões
da legislação ambiental vigente como, por exemplo, a resolução CONAMA
357 de 17 de março de 2005. *CONAMA 430 ( 2011)
Decreto Estadual nº 8.468/1976 (Atualizado com redação dada pelo Decreto
54.487, de 26/06/09) Aprova o Regulamento da Lei nº 997/1976, que dispõe
sobre a prevenção e o controle da poluição do meio ambiente
Parâmetros físico-químicos

Parâmetros inorgânicos

Parâmetros orgânicos

pH

Chumbo

Benzeno

OD

Cromo

Fenóis totais

Turbidez

Ferro

Tolueno

Sólidos

Fósforo

Xileno

Nitrogênio amoniacal

* Remoção de matéria orgânica e
inorgânica

Tratamento de

* Remoção de sólidos em suspensão

efluentes
* Remoção de nutrientes

* Remoção de organismos patogênicos

Sistemas de tratamento de águas residuárias

Tratamentos:

Preliminar

Secundário

Primário

Terciário

NÍVEL DE
Terciário

TRATAMENTO

Secundário

Primário

A

Desinfecção

Remoção de
nutrientes, de
materiais não
biodegradáveis e
do lodo

Remoção de
lodo
biológico

Degradação
de
compostos
carbonáceos

Recirculação

Remoção de
sólidos
sedimentáveis
e M.O.

F

L
U
E

N
Lodo

T
E

Adensamento,
digestão,
condicionamento,
desidratação,
secagem
Disposição
adequada

Preliminar
- Remoção de sólidos grosseiros;
- Não há remoção de DBO;
- Preparação do afluente para tratamento;
- Remoção de grandes sólidos e areia para proteger as demais unidades de
tratamento, os dispositivos de transporte (bombas e tubulações) e os corpos
receptores e a ocorrência de abrasão nos equipamentos e tubulações e facilita

o transporte dos líquidos;
- Uso de:
grades ( papéis, pedaços de madeira, plásticos entre outros);
caixas de areia ( retenção de areia)
tanques de flutuação (retirada de óleos e graxas).


Primário
- O efluente ainda contém sólidos em suspensão não grosseiros cuja remoção
pode ser feita em unidades de sedimentação, reduzindo a matéria orgânica
contida neste;
-

Os sólidos sedimentáveis e flutuantes são retirados através de mecanismos
físicos, via decantadores.

- Os efluentes fluem vagarosamente pelos decantadores, permitindo que os sólidos
em suspensão de maior densidade sedimentem gradualmente no fundo, formando
o lodo primário bruto. Os materiais flutuantes como graxas e óleos, de menor
densidade, são removidos na superfície.
- A eliminação média do DBO é de 30% a 40%.

Secundário
- Fase que processa, principalmente, a remoção de sólidos e de matéria orgânica
não sedimentável e, eventualmente, nutrientes como nitrogênio e fósforo.

- Após as fases primária e secundária a eliminação de DBO deve alcançar 90%.

- É a etapa de remoção biológica dos poluentes e sua eficiência permite produzir
um efluente em conformidade com o padrão de lançamento previsto na
legislação ambiental.

- Reproduzidos os fenômenos naturais de estabilização da matéria orgânica que

ocorrem no corpo receptor, sendo que a diferença está na maior velocidade do
processo, na necessidade de utilização de uma área menor e na evolução do
tratamento em condições controladas.

Terciário
Remoção de poluentes tóxicos ou não biodegradáveis ou eliminação adicional de
poluentes não degradados na fase secundária

Desinfecção
Grande parte dos microorganismos patogênicos foi eliminada nas etapas anteriores,
mas não a sua totalidade.
A desinfecção total pode ser feita pelo processo natural - lagoa de maturação, por
exemplo - ou artificial - via cloração, ozonização ou radiação ultravioleta.
A lagoa de maturação demanda grandes áreas pois necessita pouca profundidade
para permitir a penetração da radiação solar ultravioleta.
Entre os processos artificiais, a cloração é o de menor custo mas pode gerar
subprodutos tóxicos, como organoclorados. A ozonição é muito dispendiosa e a
radiação ultravioleta não se aplica a qualquer situação

TÓPICOS








Sistemas de tratamento anaeróbio
A digestão anaeróbia é um processo no qual um consórcio
de diferente microrganismos, na ausência de oxigênio
molecular, promove a transformação de compostos
orgânicos complexos em produtos mais simples, como
metano e gás carbônico.

Fatores que influenciam o
desempenho da digestão anaeróbia

Temperatura
pH e alcalinidade
Nutrientes
Substâncias tóxicas
Sobrecarga hidráulica
Tempo de retenção celular

Matéria orgânica complexa
(carboidratos, lipídios, proteínas)

HIDRÓLISE

Bactérias
fermentativas

Matéria orgânica simples
(açúcares, aa’s e peptídeos)

ACIDOGÊNESE

Bactérias
fermentativas

Ácidos orgânicos
(propionato, butirato)

ACETOGÊNESE

Bactérias
acetogênicas

Acetato

H2 + CO2
CH4 + CO2
Metanogênicas
hidrogenotróficas

(CHERNICHARO, 2007)

Metanogênicas
acetoclásticas

R EATO R E S
•

ANAERÓBIOS

Efluentes com ELEVADA carga orgânica
Tecnologia anaeróbia
ABR

* Desenvolvimento de reatores de A L T A T A X A

Anaerobic baffled reactor
– reator anaeróbio
compartimentado ou de
chicanas

UASB

Upflow anaerobic
sludge blanket reactor
– reator anaeróbio de
fluxo ascendente com
manta de lodo.

efluente
Bolhas
do biogás

Grânulos

Afluente

Lagoa

R EATO R E S

ANAERÓBIOS

Fossa
séptica

Filtro
anaeróbio

Reator
UASB

Reator de
leito
fluidificado
(RALPH)

ABR

Leito granular
expandido

UASB
compartimentado

Biodisco
anaeróbio

RALF

ABR


Afluente

Matéria Orgânica
 350 mg DBO/L
Nutrientes
 30 mg NH3/L
Microrganismos
105 ~ 108
NMP /100mL

Efluente

40 a 85%

Baixa ou Nula

Legislação Ambiental
(Padrão de Lançamento)

Matéria Orgânica

60 mg DBO/L ou

40~160 mg DBO/L

Eficiência > 60%



Nutrientes
 30 mg NH3/L

20 mg NH3/L

x

4 x 103

x

Microrganismos

Baixa ( 1 log)

104 ~ 107
NMP /100mL

Sistemas de tratamento aeróbio
Nos sistemas aeróbios cerca de 40 a 50% de degradação biológica, com a
conseqüente conversão em CO2.
Verifica-se uma alta incorporação de matéria orgânica na forma de
biomassa microbiana
LODO EXCEDENTE
DO SISTEMA

50 a 60%
O material orgânico não convertido em gás carbônico, ou em biomassa, deixa
o reator como material não degradado (5 a 10%).

EFLUENTE
5 a 10%

Fungos
Protozoários
Bactérias
Metazoários

Lodos
ativados
•

Sólidos suspensos
sedimentáveis e
matéria orgânica
suspensa são
removidos no
decantador primário

•

Decantador secundário

•

Tanque de aeração

•

Efluente sai clarificado

•

Lodo secundário
retorna para o tanque
de aeração – aumento
de eficiência do
processo RECIRCULAÇÃO

Lodos
ativados
• Biomassa permanece no sistema por mais tempo do que na
modalidade convencional
• TDH líquido – 16 a 24 horas
• Idade do lodo – 20 a 30 dias
• Bactérias utilizam sua própria biomassa para realizar os processos
metabólicos
• Estabilização da biomassa no próprio tanque de aeração – lodo já
sai estabilizado


Lagoa de
estabilização

Facultativa
Aerada facultativa

Aerada de mistura completa

Facultativa

•

•

•
•

DBO
particulada
se •
sedimenta e o lodo de
fundo
é
decomposto
anaerobiamente
•
DBO solúvel: permanece
dispersa na massa líquida •
(decomposição
->
por
bactérias facultativas)
•
TDH > 20 dias
•
Fotossíntese: O2 para as
bactérias ->requer elevada
•
área de exposição

•

Retirada do lodo de fundo
> 20 anos

•

Simplicidade operacional

Aerada facultativa

Aerada de mistura completa

Funcionamento – lagoa
facultativa

•

Fornecimento de O2 por
meio de aeradores

Elevado nível de aeração,
biomassa em suspensão
na massa líquida

•

Maior
sistema

TDH entre 5 e 10 dias

•

TDH – 2 a 4 dias

Menor requisito de área

•

Biomassa sai com o
efluente
líquido,
necessidade de uma lagoa
de decantação

•

Requer menor área entre
as lagoas de estabilização

•

Retirada do lodo – 2 a 5
anos

Requerimento
energia elétrica

de

Retirada do lodo de
fundo < 5 anos

eficiência

do

Filtros
biológicos
•

Matéria orgânica é estabilizada por bactérias que crescem aderidas a um
meio suporte

•

Aeração natural

•

Lodo não estabilizado

•

Recirculação auxilia em maiores eficiências de remoção de matéria
orgânica, nutrientes e coliformes

Sistemas Anaeróbios X Sistemas Aeróbios
Biogás
(70 a 90%)

Matéria
Orgânica
(100% DQO)

CO2
(40 a 50%)

Efluente
(10 a 30%)

Reator
Anaeróbio

Lodo (5 a 15%)
Reator
Aeróbio

Efluente (5 a 10%)
Lodo (50 a 60%)

Aproveitamento Energético do Biogás?
Baixa Produção de Lodo! Reciclagem dos Biossólidos?

Atendimento à Legislação Ambiental?

Sistemas de tratamento combinado
• Processo aeróbio

PÓS- TRATAMENTO
* Remoção de matéria orgânica residual

* Remoção de nutrientes e coliformes
* Legislação ambiental

Anaeróbio

Aeróbio

Melhorar a e s t a b i l i d a d e e e f i c i ê n c i a dos
processos de tratamento de águas residuárias

Sistemas de tratamento combinado

O principal papel do pós-tratamento é o de
completar a remoção da matéria orgânica, bem

como

o

de

constituintes

proporcionar
pouco

a

afetados

remoção
no

de

tratamento

anaeróbio, como os nutrientes (N e P) e os
organismos

patogênicos

protozoários e helmintos).

(vírus,

bactérias,

Reator UASB
+
Lodos ativados

Reator UASB
+
Biofiltro
Aerad
submerso

Reator UASB
+
Disposição
no solo

Reator UASB
+
Filtro aerado

Reator UASB
+
Reator
microaerófilo

Reator UASB
+
Lagoa
facultativa

Sistemas de tratamento anóxico

Tratamento de efluentes industriais
e/ou sanitários para a minimização de
compostos
nitrogenados,
como
N=amoniacal, N orgânico, Nitratos e
Nitritos.
As reações biológicas ocorrem somente
na presença de oxigênio combinado,
utilizando os íons como aceptores de
elétrons


O tratamento anóxico caracteriza-se
pela etapa de desnitrificação dos
compostos nitrogenados, que já
passaram por processo de nitrificação
em condições aeróbicas.
O processo anóxico proporciona
redução de compostos nitrogenados à
compostos mais simples, como N
gasoso.

•

Remoção biológica do nitrogênio

NITRIFICAÇÃO

DESNITRIFICAÇÃO

Oxidação do N-NH3
•N-NO2-

Nitrosomonas

•N-NO3-

Nitrobacter

Redução do N-NO3-

•

COV

• baixa

OD

suficiente CaCO3

velocidade de crescimento

•

Bactérias heterotróficas

Pseudomonas

•

Bactérias autotróficas

Thiobacillus

•

Assimilação biológica do N-NO3-

• ANAMMOX®

competição com heterotróficas


Condições anóxicas: redução de
nitratos (desnitrificação)

2NO3- + 2H+

N2 + 2,5 O2 + H2O

TÓPICOS














Características dos esgotos tratados pelos diversos processos e
composição de custos de implantação e operacionais
• Em um importante estudo desenvolvido pelo PROSAB, Programa de Pesquisa em
Saneamento Básico (Chernicharo, 2000), foram identificadas as seguinte as
características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de
custos de implantação e operacionais:

DBO5
(mg/L)

SS
(mg/L)

N amon
(mg/L)

Custo de Implantação
(R$/habitante)

População
(mil)

Consumo de
Energia
(kwh/hab.ano)

AT

< 30

< 30

> 15

100,00 – 130,00

200 e 600

12

C

< 20

< 20

<5

120,00 – 160,00

200 e 600

20

C (AP)

< 20

< 40

<5

60,00 – 80,00

50 - 150

35

< 30

> 15

Até 500

15

50 - 500

6

Tipos de Tratamentos

Lodos Ativados
Filtros
Biológicos
UASB + Lodos
Ativados
UASB + Filtro
Biológico

AT
AT
C

< 30
< 20
< 20

< 30

< 30

> 20

50,00 – 80,00

<5

70,00 – 100,00

< 30

< 30

UASB + Filtro
Biológico AS

< 20

< 30

> 20

Lagoas
Aeradas
Aeróbias +
Lagoas de
decantação

< 30

< 40

> 25

AT

AT = Alta Taxa
C= Convencional
C( AP) = Convencional ( Aeração Prolongada)

100,00 – 130,00

> 20

50,00 – 80,00

50 - 500

15

20 - 200

6

80,00 – 100,00

20 - 200

6

50,00 – 70,00

30 - 200

22

Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias
FÍSICO

QUÍMICO
BIOLÓGICO
AERÓBIO

ANAERÓBIO

Tipo de Reator
Biomassa Aderida
-Introdução de material de
enchimento

- Fixos ou Móveis
-Garantindo aderência da
biomassa que cresce sob a
forma de biofilme aderido ao
meio inerte, ou meio suporte.

Em suspensão na
Massa líquida
- Não há suporte inerte para
aderência dos
microorganismos
- Microorganismos crescem
floculados em suspensão na
massa

Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias
BIOLÓGICO
Biomassa = Microorganismos responsáveis pela degradação da
matéria orgânica dos efluentes

Com retenção de Biomassa
Biomassa Aderida ( fixo ou móvel)
Compactos
Permitem Maior concentração de
microorganismos ativos
Maior Capacidade de recebimento de
cargas orgânicas

Sem retenção da Biomassa

TDH = Tempo de residência celular (
idade do lodo)
Microorganismos ficam no sistema o
tempo necessário para a estabilização
da M. O.

Lodos ativados( reatores de
crescimento em suspensão na
biomassa líquida)

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